1 华中农业大学工学院, 湖北 武汉 430070
3 华中农业大学动物遗传育种与繁殖教育部实验室, 湖北 武汉 430070
4 河北省畜牧业协会, 河北 石家庄 050000
市场上普遍存在“高蛋白”, “高乳脂”等特色牛奶。 为了实现对特优优质奶、 高蛋白特色奶、 高乳脂特色奶和普通奶的无损快速分级, 收集了河北省10个牧场不同月份(1月、 3月-10月)的5 121份牛奶样本并采集中红外光谱数据, 分别测定牛奶中的乳蛋白、 乳脂和体细胞数, 构建了牛奶品质分级模型。 首先, 分析牛奶光谱并去除冗余波段, 最终选择9251 597和1 7123 024 cm-1的敏感波段组合作为全光谱用于建立模型。 为了提高模型的性能, 采用标准正态变量变换(SNV), 多元散射校正(MSC), 一阶导数, 二阶导数, 一阶差分和二阶差分6种算法对光谱进行预处理并建立朴素贝叶斯模型(NB)和随机森林模型(RF), 确定二阶差分为最佳预处理方法, 其测试集准确率分别为92.11%和96.87%。 为了简化模型, 利用无信息变量消除法(UVE)、 竞争性自适应重加权算法(CARS)与稳定性竞争性自适应重加权采样算法(SCARS)以及UVE-CARS算法和UVE-SCARS算法对二阶差分后的光谱数据提取特征变量。 然后, 分别基于全光谱和所选特征变量数据, 建立NB模型和RF模型。 结果表明, SCARS算法为NB模型的最佳特征提取算法, 模型的训练集准确率与测试集准确率分别为94.45%, 93.94%; UVE-SCARS算法为RF模型的最佳特征提取算法, 模型的训练集准确率与测试集准确率分别为99.86%, 96.48%。 综上, 基于傅里叶变换中红外光谱技术建立的二阶差分-UVE-SCARS-RF模型, 可以实现特优优质奶、 高蛋白特色奶、 高乳脂特色奶和普通奶的无损快速分级, 通过建立中红外光谱模型, 首次将乳蛋白、 乳脂含量和体细胞数直接结合进行分级鉴定, 这是以往未曾有过的。 模型应用方便, 只需将获得的牛奶红外光谱数据输入模型即可输出预测类别, 在牛奶产业中具有实际应用价值。
中红外光谱 牛奶 品质分级 无损检测 特征变量 Mid-infrared spectrum Milk Quality grading Nondestructive testing Characteristics of the variable 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1243
中南民族大学 电子信息工程学院, 武汉 430074
针对单孔径正交编码被动测距系统存在的工作距离与探测准确度的矛盾, 建立一种由多个传感器构成的线性阵列正交编码测距系统.给出了线性阵列系统的结构, 通过将各个传感器形成的编码图像求和, 得出了阵列系统和单孔径系统的光学调制传递函数的关系, 推导了两个传感器间最佳间距的数学表达式；分析了采用最小冗余线性阵列结构能够获得更多的独立空间响应和调制余弦项, 给出了由多对传感器组合构成的阵列系统的阵列响应；利用费希尔信息矩阵分析了阵列系统距离估计的克莱姆-拉奥限.理论和模拟结果表明: 采用阵列系统进行探测, 能使调制传递函数中与距离有关的峰值的带通区域变窄, 使距离估计的最小方差限减小, 其探测准确度至少提高一倍.
正交波前编码 被动测距 线性阵列结构 调制传递函数 克莱姆-拉奥限 Orthogonal wave-front coding Passive ranging Linear array geometry MTF Cramer-Rao bound
受近期Gawhary和Severini在Opt.Lett.33,1360(2008)一文中引入的光束近轴度的启发, 定义了一个独立于光束近轴度的衍射度参数来描述单色光束的衍射扩散程度, 所定义的衍射度只依赖于光束的角谱分布, 并可以定量比较不同光束的衍射扩散程度.
光物理 衍射度 理论分析 无衍射光束 近轴度 Optical physics Degree of diffraction Theoretical analysis Diffraction-free light beams Degree of paraxiality
中南民族大学 电子信息工程学院, 湖北 武汉 430074
加权相位解缠算法的解缠精度取决于所提取的质量图的可靠性。目前提取相位质量图的方法大多采用以各个像素为中心的固定窗口法, 但当某些像素被噪声严重干扰时, 采用固定窗口法提取质量图往往得不到正确的解缠结果。因此, 提出了几种自适应加权窗口方法来提取相位质量图, 并给出了具体的实现方法和步骤, 同时采用加权小波变换相位解缠算法进行相位解缠。实验结果表明, 采用自适应加权窗口方法提取相位质量图来确定初始权重系数能获得比较好的解缠效果。
光学测量 相位解缠 质量图 自适应加权窗口 初始权重系数 optical measurement phase unwrapping quality map the adaptive weighted window initial weight coefficient
1 上海大学理学院物理系, 上海 200444
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
介绍了非近轴光束的表示理论，利用该表示理论很好地解决了非近轴光束的角动量问题，发现非近轴光束的总角动量可以严格地分解成自旋和轨道两部分，但是两者都依赖于由偏振椭圆度表征的光束的偏振状态。主要研究了柱矢量光束的角动量问题。给出了动量空间和位形空间中的柱矢量光束表达式和角动量算符表达式。通过分析两个空间中的角动量算符及柱矢量光束表达式，发现在这两种空间中，具有螺旋型相位的柱矢量光束是角动量算符沿着传播方向的分量的本征态，其本征值与偏振椭圆度无关，这为计算这类特殊光束的角动量提供了一种新方法。
物理光学 本征态 角动量算符 柱矢量光束
利用衍射积分公式数值模拟了不同阶次的空间变化偏振矢量贝塞尔高斯(BG)光束经过强聚焦系统后在焦点附近的强度分布。数值结果显示空间变化偏振矢量BG光束聚焦后在光束传播轴负方向存在焦斑移位现象，其焦斑移位的大小与光束的模阶次、光束宽度、波长以及局部偏振状态密切相关。矢量光束偏振态的变化依靠液晶相位延迟器(LCVR)的相位延迟角度来控制，由于LCVR的相位延迟角度可以在0~π之间连续变化，从而改变光束的局部偏振状态，间接实现了对矢量光束焦斑移位大小的实时控制，在光学微操纵领域具有潜在的应用价值。
物理光学 焦斑移位 强聚焦 偏振 衍射
理论上提出了一种通过调节双环混合偏振矢量光束的偏振态来实现光学囚笼实时操纵的新方法。双环混合偏振矢量光束是由双环径向光束通过一个波片后形成的，光束偏振将变为包含线偏振、圆偏振和椭圆偏振的混合状态，且偏振态强烈依赖于空间位置和相位延迟角度。利用衍射积分公式数值模拟了双环混合偏振矢量光束经过强聚焦系统后在焦点附近的强度分布。数值结果显示当相位延迟角度为0时能形成光学囚笼，当相位延迟角度不为0时能控制光学囚笼打开的程度。将液晶可调相位延迟器(LCVR)作为可调波片，LCVR可以由外部电压实时控制使其相位延迟角度能在0~π之间连续取值，这样就可以通过调节LCVR的外接电压实现焦平面光学囚笼的实时开和关。
物理光学 光学囚笼 强聚焦 液晶可调相位延迟器
Author Affiliations
Abstract
Department of Physics, Shanghai University, Shanghai 200444, China
We investigate guided modes in the asymmetric waveguide structure with a left-handed material (LHM) layer surrounded by air and metal. A graphical method is proposed to determine the guided modes. New properties of the oscillating and surface guided modes, such as absence of the fundamental mode, coexistence of the oscillating and surface guided modes, fast attenuation of the surface guided modes, and mode degeneracy, are analyzed in detail. We also investigate dispersive characteristics of the metal-LHM-air optical waveguide. The propagation constant increases with decreasing slab thickness for the first-order oscillating mode, which is different from that in traditional metal-cladding waveguides.
230.7390 Waveguides, planar 260.2030 Dispersion 260.3910 Metal optics Chinese Optics Letters
2011, 9(5): 052301
中南民族大学电子与信息工程学院，武汉 430074
提出了浓度场测量的差分吸收光谱层析技术，设计出一种由光源及控制系统、光学扫描测量系统和数据采集及处理系统三部分组成的典型差分吸收光谱层析诊断系统.采用改进的联合代数重建算法进行层析图像重建，数值模拟结果表明：在0°~180°视场范围内，在4个不同的投影方向获取投影数据的条件下，能有效地重建出待测场分布，其最大误差不大于5％，平均误差不大于1％.
差分吸收 图像重建 CT技术 数值模拟 Differential absorption Image reconstruction Computerized Tomography(CT) Numerical simulation
Goos-Hanchen(GH) 位移只有波长数量级,在实验测量上比较困难。提出了一种基于液晶光阀 (LCLV)和光束分析仪(LBP)直接测量GH位移的新方法。研究了LCLV对 光偏振态调制的特性,结果发现,当外接电压发生变化时, 光的偏振态也随之变化。利用 LCLV 对光偏振态的调制和 LBP 记录光斑的重心位置的变化,直接测量出 TE 和 TM 两种偏振态 入射时棱镜单界面反射光束的GH位移差。这个探测方法简单,不需要复杂的外部处理电路,且实验结果与理论结果很吻合, 此方法也可以进一步直接测量二维位移。
光电子学 Goos-Hanchen位移 液晶光阀 光束分析仪 optoelectronics Goos-Hanchen shift liquid crystal light valve light beam profiler
